GSM遠程溫度控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

熊 燕

(重慶三峽學院機械工程學院，重慶萬州 404100)

1 系統(tǒng)結構與原理

在農(nóng)業(yè)溫室大棚，以及養(yǎng)殖業(yè)的恒溫孵化箱等應用領域，溫度監(jiān)測與控制是一個關鍵技術，但由于這一類型的應用往往比較分散、偏遠，并且節(jié)點較多，采用傳統(tǒng)的溫度監(jiān)控方式要求工作人員必須進入現(xiàn)場，因此具有成本高、周期長、工作效率低，且不便于管理等缺點[1].隨著技術的發(fā)展，溫度的遠程監(jiān)測與控制已成為安全生產(chǎn)和提高效率的重要措施之一.本文提出基于GSM技術的遠程智能溫控系統(tǒng)，基于手機等移動終端設備，通過廣泛覆蓋的GSM網(wǎng)絡，實現(xiàn)溫度的遠程監(jiān)測與控制.該系統(tǒng)具有可靠性高、結構簡單、成本低等特點，除可用于遠程溫度控制外，也可應用于糧倉及物資倉庫溫度監(jiān)測、橋梁混凝土測溫、電力電纜火災監(jiān)測等溫度監(jiān)測領域.系統(tǒng)主要由單片機AT89C52、TC35I模塊、DS18B20和溫控繼電器組成溫度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)總體結構如圖1所示.本系統(tǒng)由單片機AT89C52作為控制核心，主要負責三個工作:第一，采集數(shù)字溫度傳感器DS18B20的信號以檢測被加熱物或環(huán)境的溫度；第二，控制加熱器，以達到預設的溫度值；第三，與短信模塊TC35I通信，主要接收和發(fā)送TC35I的AT信號.本系統(tǒng)設計中，加熱系統(tǒng)可以由終端手機設定的方式預設溫度值，然后系統(tǒng)自動啟動溫控系統(tǒng)，當溫度達到預設值以后，系統(tǒng)會向終端手機發(fā)送信息，以通知用戶溫度達到用戶設定溫度值，并且會在系統(tǒng)本身用液晶顯示溫度值和蜂鳴器聲音提示，用戶也可發(fā)送信息查詢實時溫度值.

2 系統(tǒng)硬件設計

由圖1知，系統(tǒng)主要的硬件電路有以下兩個部分:(1)AT89C52單片機系統(tǒng)；(2)GSM模塊TC35I系統(tǒng).此外，還有電源系統(tǒng)及其它輔助電路.

2.1 單片機最小系統(tǒng)

本系統(tǒng)中所用到的單片機最小系統(tǒng)主要包含:晶振和復位電路、液晶顯示電路、DS18B20電路和繼電器控制電路.晶振電路設計為內(nèi)部時鐘方式，其中所用晶振頻率為11.0592MHz，用此頻率的原因是為了達到一個串口通信標準的波特率，在本系統(tǒng)中所用波特率為9 600b/s，定時器T1的頻率是晶振頻率的12分頻，為921.6KHz，那么要得到9 600 b/s的波特率只需要將定時器T1的頻率96分頻即可.本系統(tǒng)中對液晶顯示要求不高，僅僅起到提示作用，因而選擇使用LCD1602芯片，此液晶不能顯示中文字符，只能顯示ASCII碼字符.系統(tǒng)中液晶的數(shù)據(jù)口連接到單片機的P0口上，RS、R/W和E分別連接都單片機的P2.0、P2.1和P2.2上面.

選用達拉斯公司生產(chǎn)的單總線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20，其溫度靈敏度為0.125℃.DS18B20有三個外接端口，端口1為電源引腳，供電電壓為5V，端口2為數(shù)據(jù)引腳，端口三為接地引腳[2].

溫控繼電器控制電路如圖2所示.單片機通過網(wǎng)絡標號KD接入繼電器控制電路，電路中U2為光電耦合器，其作用是將單片機5V控制電壓與繼電器控制電壓9V分離開，達到保護單片機I/O口的作用，三極管Q1的作用是提高繼電器的驅(qū)動電流，二極管D1的作用是扼制繼電器里面電感線圈的反向電流.

2.2 GSM模塊TC35I系統(tǒng)

TC35I短信模塊是西門子公司的一款雙頻900/1800MHZ高度集成的GSM短信模塊，集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標準的AT命令接口，該模塊帶有RS232數(shù)據(jù)口，方便用戶的應用開發(fā)及設計[3].單片機控制TC35I模塊可以通過TTL電平和RS232電平兩種模式，本系統(tǒng)中采用RS232電平模式.所以在本系統(tǒng)的單片機部分只設計RS232電平轉換電路，在此采用MAX232電平轉換芯片.

2.3 系統(tǒng)電源電路

在本系統(tǒng)中所用芯片比較多，需要用到+9V、+5V和+3.3V三種直流電源電壓，電源電路設計如圖3所示.電路中所用三端穩(wěn)壓芯片為7805和ASM 11173.3，7805芯片的輸出電壓為+5V，額定輸出電流為1A，符合系統(tǒng)供電的需要；ASM 11173.3為3.3V穩(wěn)壓芯片，主要提供GSM模塊的內(nèi)核供電電壓，電路中的電容為去耦電容，主要消除雜波影響，使直流輸出電壓穩(wěn)定.

圖1 系統(tǒng)結構圖

圖2 溫控繼電器電路圖

圖3 系統(tǒng)電源電路圖

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)的總體程序設計思路是時分復用單片機資源，其中由定時器T1構成與TC35I模塊通信的波特率發(fā)生器，定時器T0則構成時分復用時序控制，在主程序設計中通過T0分時控制DS18B20、TC35I和繼電器.圖4為程序整體流程圖.

圖4 系統(tǒng)整體程序流程圖

除主程序外，還包含三個子程序:(1)DS18B20實時溫度采集子程序；(2)TC35I短信模塊驅(qū)動控制子程序；(3)大功率加熱器控制子程序.為了提高程序的可移植性和可讀性，子程序均采用頭文件形式編寫.由于DS18B20為單總線接口，所以對其操作時采用嚴格的串行時序.TC35I的控制接口采用RS232串口電平模式，所以在程序設計中主要是對于串口的操作，本設計中TC35I短信模塊工作在TEXT模式中.大功率加熱器控制子程序主要負責從短信數(shù)據(jù)中提取出的用戶溫度設置信息和DS18B20溫度傳感器的實時溫度信息進行比較，然后控制加熱器使環(huán)境或被控對象達到用戶設定的溫度.此子程序?qū)嶋H上是一個閉環(huán)操作，用戶設定溫度值的更新在89C52單片機中用中斷的形式實現(xiàn).

4 系統(tǒng)測試與分析

系統(tǒng)測試遵循從局部功能測試到整體測試的原則，局部功能測試中短信的接收功能和數(shù)據(jù)判斷是關鍵點，整體測試中除了調(diào)用各子功能程序測試以外，測試實時數(shù)據(jù)的處理能力也是重要環(huán)節(jié).系統(tǒng)整體時序分配由定時器T0完成，定時器T0定時觸發(fā)周期50ms，每20次觸發(fā)執(zhí)行1次子功能程序，除了TC35I接收短信實時掃描以外，其他程序的執(zhí)行周期均為1s，這樣設計可減小CPU的負荷.

圖5為整體調(diào)試成功以后功能測試的圖片.圖5(a)為系統(tǒng)初始化后液晶顯示的內(nèi)容，LCD1602第一行顯示“27.2C”為當前溫度值，第二行顯示“Set:00.0C”為用戶未設定溫度時的顯示，說明用戶還未設定，此時溫度加熱系統(tǒng)未工作.圖5(b)為用戶設定溫度后液晶的顯示內(nèi)容，LCD1602第一行顯示“27.4C”為當前溫度值，第二行顯示“Set:32.3C”為用戶設定溫度值，此時系統(tǒng)將處于加熱階段.圖5(c)反映加熱系統(tǒng)達到用戶設定的溫度值以后通過GSM網(wǎng)絡給用戶反饋的信息，提示用戶溫度已達到用戶設定要求.系統(tǒng)整體測試表明能夠達到設計要求.在系統(tǒng)調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)手機發(fā)送的控制溫度SMS信息有5%不能被TC35I接收，分析發(fā)現(xiàn)是因TC35I模塊處于移動信號不好的地方時，SMS信息接收電流消耗很大，超過1 000mA，超過設計最大電流，解決方案為在電源上并聯(lián)一個3 300uF大電容，以提供接收信息時需要的大電流.

圖5 LCD與手機屏顯示效果圖

5 結束語

本文所設計的遠程智能溫度控制系統(tǒng)，利用GSM網(wǎng)絡的短消息服務功能(SMS)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸.GSM網(wǎng)絡通信具有通信范圍廣、傳輸數(shù)據(jù)可靠性高、短消息業(yè)務經(jīng)濟實惠等明顯優(yōu)勢.同時，該系統(tǒng)利用成熟的單片機技術，具有可靠性高、成本低、適用范圍廣、用戶使用便捷等優(yōu)點.

本系統(tǒng)所提出的技術，可以很容易地擴展到其他遠程控制領域，溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以更換為其他數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如采用煤礦信息采集系統(tǒng)，即可作為煤礦安全生產(chǎn)的報警系統(tǒng)；如采用車輛視頻檢測系統(tǒng)，即可實現(xiàn)交通流量信息遠程控制系統(tǒng).隨著移動通信網(wǎng)絡技術的升級換代，傳輸速率的不斷提高，在遠程大數(shù)據(jù)傳輸方面的優(yōu)勢將越來越明顯，其遠程控制方面的前景將會更加廣闊.

[1]袁立，田亮，等.基于GSM網(wǎng)絡的遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].儀器儀表用戶，2010(4).

[2]張清小，曾建潮.基于TC35I的汽車空調(diào)溫控系統(tǒng)的設計[J].微型機與應用，2011(9).

[3]彭仁明，賀春林.GSM無線接入終端的設計[J].重慶師范大學學報:自然科學版，2010(4).